설명
본 연구의 목적은 Dlubal RFEM 소프트웨어에서 생성된 연구용 유한요소해석 모델(RFEM) 및 구성요소법(CM)과 비교하여, 보-기둥 접합부에서 4급 기둥 웨브 스티프너에 대한 구성요소 기반 유한요소법(CBFEM)을 검증하는 것입니다.
연구용 유한요소해석 모델
연구용 유한요소해석 모델(RFEM)은 CBFEM 모델을 검증하는 데 사용됩니다. 수치 모델에서는 모서리에 절점을 가진 4절점 사각형 쉘 요소가 적용됩니다. 초기 결함을 포함한 기하학적·재료적 비선형 해석(GMNIA)이 적용됩니다. 등가 기하학적 초기 결함은 첫 번째 좌굴 모드로부터 도출되며, 진폭은 EN 1993-1-5:2006의 부록 C에 따라 설정됩니다. 수치 모델은 그림 6.3.1에 나타나 있습니다.

CBFEM
세장 플레이트에 대한 설계 절차는 3.10절에 설명되어 있습니다. 선형 좌굴 해석은 소프트웨어에 구현되어 있습니다. 설계 저항력의 계산은 설계 절차에 따라 수행됩니다. FCBFEM은 ρ ∙ αult,k/γM1이 1이 될 때까지 사용자가 보간합니다. 세장한 기둥 웨브 스티프너가 있는 보-기둥 접합부를 연구합니다. 보와 기둥에는 동일한 단면이 사용됩니다. 기둥 웨브 스티프너의 두께는 변화합니다. 예제의 형상은 표 6.3.1에 설명되어 있습니다. 접합부에는 휨 모멘트가 재하됩니다.
표 6.3.1 예제 개요
| 예제 | 기둥/보 플랜지 | 기둥/보 웨브 | 스티프너 | 재료 | ||
| bf | tf | hw | tw | ts | ||
| [mm] | [mm] | [mm] | [mm] | [mm] | ||
| t3 | 400 | 20 | 600 | 12 | 3 | S235 |
| t4 | 400 | 20 | 600 | 12 | 4 | S235 |
| t5 | 400 | 20 | 600 | 12 | 5 | S235 |
| t6 | 400 | 20 | 600 | 12 | 6 | S235 |
전체 거동 및 검증
두께 3 mm의 세장한 기둥 웨브 스티프너가 있는 보-기둥 접합부의 전체 거동은 CBFEM 모델의 모멘트-회전 다이어그램으로 그림 6.3.2에 나타나 있습니다. 주요 특성인 설계 저항력과 임계 하중에 초점을 맞춥니다. 다이어그램에는 항복 시작 지점과 5% 소성 변형률에 의한 저항력 지점이 추가되어 있습니다.

저항력 검증
CBFEM IDEA StatiCa 소프트웨어로 계산된 설계 저항력을 RFEM과 비교합니다. 비교는 설계 저항력과 임계 하중에 초점을 맞춥니다. 결과는 표 6.3.2에 정리되어 있습니다. 그림 6.3.3 c)의 다이어그램은 검토된 예제에서 기둥 웨브 스티프너 두께가 저항력 및 임계 하중에 미치는 영향을 보여줍니다.
표 6.3.2 RFEM 및 CBFEM의 설계 저항력과 임계 하중

결과는 임계 하중과 설계 저항력에서 매우 좋은 일치를 보여줍니다. 두께 3 mm의 웨브 스티프너가 있는 접합부의 CBFEM 모델은 그림 6.3.3a에 나타나 있습니다. 접합부의 첫 번째 좌굴 모드는 그림 6.3.3b에 나타나 있습니다.



검증 연구를 통해 기둥 웨브 스티프너 거동 예측에 대한 CBFEM 모델의 정확성이 확인되었습니다. CBFEM의 결과는 RFEM의 결과와 비교됩니다. 모든 절차는 접합부의 유사한 전체 거동을 예측합니다. 설계 저항력의 차이는 모든 경우에서 10% 미만입니다.
벤치마크 예제
입력값
보
- 강재 S235
- 플랜지 두께 tf = 20 mm
- 플랜지 폭 bf = 400 mm
- 웨브 두께 tw = 12 mm
- 웨브 높이 hw = 600 mm
기둥
- 강재 S235
- 플랜지 두께 tf = 20 mm
- 플랜지 폭 bf = 400 mm
- 웨브 두께 tw = 12 mm
- 웨브 높이 hw = 560 mm
- 단면 높이 h = 600 mm
상부 기둥 웨브 스티프너
- 강재 S235
- 스티프너 두께 tw = 20 mm
- 스티프너 폭 hw = 400 mm
하부 기둥 웨브 스티프너
- 강재 S235
- 스티프너 두께 tw = 3 mm
- 스티프너 폭 hw = 400 mm
코드 설정 – 모델 및 메시
- 가장 큰 부재 웨브 또는 플랜지의 요소 수 24
출력값
- 소성 저항력 CBFEM = 589 kNm
- 설계 좌굴 저항력 CBFEM (kNm) = 309 kNm
- 임계 좌굴 계수 (설계 좌굴 저항력 = 309 kNm 기준) αcr = 0,97
- 5% 소성 변형률에 의한 하중 계수 αult,k = 소성 저항력 CBFEM / 설계 좌굴 저항력 CBFEM = 589/309 = 1,91